單光子源是光學量子信息技術的核心資源。中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、霍永恒等和中山大學余思遠小組、國家納米科學中心戴慶小組及德國、丹麥學者合作，在國際上首次提出橢圓微腔耦合實現(xiàn)確定性偏振單光子的理論方案，并在窄帶和寬帶兩種微腔上成功實驗實現(xiàn)了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，為光學量子計算特別是超越經(jīng)典計算能力的“量子霸權”的實現(xiàn)奠定了堅實的科學基礎。論文近日在國際權威學術期刊《自然·光子學》上在線發(fā)表。審稿人評價該工作“解決了一個長期存在的挑戰(zhàn)”。
一個完美的單光子源需要同時滿足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率等嚴苛條件。中國科大研究組從2013年起一直引領高性能單光子源的發(fā)展。然而，要實現(xiàn)完美的單光子源，還存在著兩個懸而未決的難題：一是量子點會隨機發(fā)射兩種偏振的光子，二是共振激發(fā)需要消除背景激光。
解決上述兩個關鍵問題需要理論和實驗的同步創(chuàng)新。在理論上，中國科大研究組提出采用橢圓微腔打破對稱性的方案，使腔模劈裂成兩個非簡并的垂直偏振的模式，從而選擇性地增強單一偏振的單光子。在實驗上，研究組發(fā)展了垂直偏振無損消光技術，從而同時解決了上述的兩個難題。在此基礎上，研究組分別在窄帶微柱和寬帶靶眼微腔中，實驗制備同時滿足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，再次刷新了單光子源綜合性能的國際紀錄，為“量子霸權”目標的實現(xiàn)邁進了重要一步。這項成果標志著我國在可擴展光學量子信息技術方面在國際上進一步擴大領跑優(yōu)勢。（記者徐靖）